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數字信號處理課程的發(fā)展歷程及展望,,數字信號處理起源于十八世紀的數學，隨著信息科學和計算技術的迅速發(fā)展，數字信號處理的理論與應用得到迅速發(fā)展，形成一門極其重要的學科。當今數字信號處理的理論和方法已得到長足的發(fā)展，成為數字化時代的重要支撐，其在各個科學和技術領域中的應用具有悠久的歷史，已經滲透到我們生活和工作的各個方面。,歷史沿革,信號處理在生物醫(yī)學工程、地震學、聲納、雷達、通信、控制等領域都日益顯示其重要作用。例如在醫(yī)學信號或地震信號分析中，我們需要提取某些重要的特征參數，在雷達和通信信號處理中，我們希望剔除信號中的噪聲或干擾。 ……,歷史沿革,20世紀80年代中后期，我國開設數字信號處理課程的高校不斷增加，一些重點大學為某些專業(yè)本科生開設此課，課程教學內容主要以原理闡述與算法推導為主。國內出版的教材也相應增加。 西安交通大學，鄒理和《數字信號處理》,1985 北京交通大學，吳湘淇《數字信號處理技術及應用》,1986 北京理工大學，王世一《數字信號處理》,1987 ……,歷史沿革,20世紀90年代初期，開設本科生數字信號處理課程的高校數量大增，已成為許多高校本科生的必修課，大量面向本科教學的數字信號處理教材問世。 西電丁玉美編著的《數字信號處理》,1994 清華大學程佩清編著的《數字信號處理教程》,1994 北交大吳湘淇編著的《信號、系統和信號處理》,1996 課程內容中增加了利用Fortran、C等高級語言進行算法仿真與實現等內容。,歷史沿革,從20世紀90年代末以來，數字信號處理課程幾乎在國內所有大學的電氣信息類等學科專業(yè)的本科生和研究生中開設，且是本科生的必修課和研究生的學位課。面向本科教學的數字信號處理教材大幅增加。 吳鎮(zhèn)楊編著的《數字信號處理》(十五規(guī)劃)，高等教育出版社，2003 陳后金編著的《數字信號處理》(十五規(guī)劃)，高等教育出版社，2004 增加了近代信號處理的理論和方法，并將Matlab與數字信號處理有機結合，作為信號處理的仿真分析手段，從而將理論分析與計算機仿真融為一體。,歷史沿革,某些院校雖然沒有單獨開設數字信號處理課程，但在信號與系統課程中增加離散傅里葉變換DFT，快速傅里葉變換FFT，IIR數字濾波器設計，FIR數字濾波器設計等內容。相應的教材也相繼出版，如清華大學鄭君里教授編著的《信號與系統》(第2版)（上下冊），高等教育出版社，2000。東南大學管致中教授編著的《信號與系統》(第4版)（上下冊），高等教育出版社，2004。,歷史沿革,在DSP實驗平臺建設方面，90年代后期，美國德州儀器公司先后與我國100多所高校聯合建立DSP系統實驗室，用于本科生和研究生的DSP實踐教學。 近年來，由于各級電氣信息類實驗教學示范中心建設的推動，大批高校紛紛擴建DSP實驗室，為本科生開設DSP方面軟件分析與硬件實現實驗。目前DSP技術已成為學生就業(yè)和開展科研工作的基本技能。,歷史沿革,掌握數字信號處理的基本理論 時域與變換域分析理論，抽樣定理，譜估計理論 掌握數字信號處理的基本方法 數字化分析方法，濾波器設計方法，快速算法 掌握數字信號處理的基本技術 DSP軟件仿真分析技術，DSP系統開發(fā)應用技術 提高應用DSP理論和技術解決問題的實踐能力 學科領域應用，工程實際應用，綜合交叉應用,學習目標,,課程體系,信號處理課群主要包含“信號與系統、數字信號處理、DSP技術及應用、信號分析與處理實驗、 DSP系統課程設計”等相關課程。 數字信號處理課程體系經歷了不斷豐富發(fā)展的過程，并日臻完善。課程體系主要由信號分析與處理，以及離散系統設計構成。通過對近年來我國數字信號處理教材的分析，可將該課程教學內容歸結為經典內容和近代內容。,課程體系,經典內容：,,課程體系,在介紹數字信號處理的理論和方法的基礎上，進行MATLAB仿真實驗，再進行基于DSP系統的開發(fā)應用實驗。部分院校開設了DSP技術課程，側重介紹DSP系統的內部結構和指令系統等。 目前，信號處理課群體系正逐步成熟，并得到國內高校的認可，其體現了理論與實踐的有機結合，體現了原理、方法和技術的有機結合。,課程體系,課程體系,1. 連續(xù)時間信號(周期為T0),2. 連續(xù)時間非周期信號,3. 離散非周期信號,4. 離散周期信號(周期為N),,,,,四種信號的頻譜,從信號表示的角度引入Fourier變換 （數學概念），其性質揭示了信號時域與頻域 之間的內在聯系（物理概念）。,抽樣定理如何引入與論證？,什么是信號抽樣? 為什么進行抽樣? 抽樣定理的理論推導 抽樣定理內容及其應用,體現信號的時域與頻域之間 的對應關系，從信號頻域分析應用 的角度展開…,若連續(xù)信號x(t)與離散序列x[k] 時域關系為,其中： T 為抽樣間隔，wsam=2p /T為抽樣角頻率,則兩者在頻域存在以下關系,抽樣定理的內涵,核心：信號時域的離散化導致其頻域的周期化,帶限信號抽樣定理的描述,對于帶限信號x(t) ，信號時域抽樣定理可描述為,fsam= 2fm 為最小抽樣頻率，稱為Nyquist Rate.,若抽樣間隔T滿足下列約束條件，則可由抽樣序列表示原連續(xù)信號。,fsam ? 2fm （或ωsam ? 2ω m）,fm為信號最高頻率,,如何看待DFT的作用?,信號的Fourier變換從理論上 解決了如何從時域映射到頻域。 而DFT解決了利用數字化方法 實現信號的頻譜分析！,DFT分析信號頻譜的基本思想,利用信號Fourier變換具有的信號時域與頻域之間的內在關系，建立信號的DFT與四種信號頻譜之間的關系。,時域的離散化,時域的周期化,頻域周期化,頻域離散化,,時域抽樣定理,頻域抽樣定理,,時域抽樣定理和頻域抽樣定理為DFT奠定了理論基礎,如何看待DFT的作用?,如何學習FFT算法?,介紹FFT算法的重要作用 介紹FFT算法的基本思想,DFT解決了利用數字化方法實現 信號的頻譜分析。 但DFT計算效率極其低， 無法滿足實時性的要求。 FFT解決了DFT計算的有效性， 為DFT的實際應用鋪平了道路。,FFT算法的基本思想,1. 將長序列DFT分解為短序列的DFT,在由短序列的DFT表示長序列的DFT過程中, 利用旋轉因子 的周期性、對稱性、可約性。,如何學習FFT算法?,基2時間抽取FFT算法的基本關系,基3時間抽取FFT算法的基本關系,基4時間抽取FFT算法的基本關系,利用FFT算法的思想， 從具體到一般， 為學習其他快速算法…,如何學習FFT算法?,如何學習數字濾波器的設計？,利用系統的頻域分析和系統函數的基本理論，根據IIR和FIR數字濾波器的特性和系統函數的特點，介紹IIR和FIR數字濾波器設計的基本方法，以及它們的適用范圍。,基于模擬濾波器設計 IIR數字濾波器 （BW，CB，C型AF的引入） 基于線性相位約束條件設計 FIR數字濾波器 （窗口法和優(yōu)化設計方法）,,IIR數字濾波器設計的基本方法,,wp,ws,H(s),,,,頻率 變換,設計原型 低通濾波器,復頻率 變換,,BW，CB，C三個低通模板,如何學習數字濾波器的設計？,如何理解信號的時頻分析和小波變換？,從信號小波(wavelet)變換的應用展現信號 時頻分析的魅力。,,從信號表示的角度闡述信號時頻分析的數學 概念、物理概念、工程概念。,從信號的Fourier變換、信號的短時Fourier 變換的不足，引入信號的Wavelet變換。,